高速公路軟土路基施工分析

摘要：軟土路基是公路工程較為普遍存在的工程地質問題，本文就某高速公路段軟基工程實例，淺談\"袋狀砂井+等載預壓\"處理措施施工工藝分析。

關鍵詞：高速公路；軟土路基；袋狀砂井+等載預壓；施工工藝

在高速公路建設中常常會遇到軟土路基，其厚度3.0-20多米不等，上覆硬殼層厚度一般在1～3米，薄層路基一般采用換填的處理方式，其深度一般不超過3米，對于3米以上的軟土路基，考慮經濟實用性，大都采用袋狀砂井+砂墊層+等載預壓的處理方式。

本文結合某高速公路第工程實例，淺談“砂井+砂墊層+等載預壓”的施工工藝，分析施工過程中的重點控制。

1工程概況

此高速公路大部分位于軟土地基上，軟土地基線路有4647m（含匝道軟土地基的長度），袋裝砂井累計長度為220萬米。

本標段軟土分布范圍廣，分布厚度變化較大，埋深深淺不一，軟土的含水量高、壓縮性大、滲透系數小、抗剪強度低，難滿足路基穩定和沉降要求，因此，需進行軟基處理，處理方法主要采用堆載預壓結合袋裝砂井排水方法進行軟基處理。

2堆載預壓結合袋裝砂井排水固結預壓原理

排水固結預壓法是利用地基排水固結的特性，通過施加預壓荷載，利用砂井加速排水，以加速飽和軟粘土固結發展的一種軟土地基處理方法，其排水原理可用下圖一來說明：

飽和軟粘土地基在荷載作用下，孔隙中的水被慢慢排出，孔隙體積慢慢地減少，地基發生固結變形，同時，隨著超靜水壓力消散，有效應力逐漸提高，地基土的強度逐漸增長。袋裝砂井的作用就是加速孔隙中的水排出，縮短固結排水的周期。

一般砂井的平面布置有梅花形和正方形兩種，如下圖2

在大面積荷載的作用下，假設每根砂井為一獨立的排水系統。正方形布置時，每根砂井影響范圍為一正方形（圖A），梅花形布置時，則為一正六邊形（圖B），為簡化起見，每根砂井的影響范圍以等面積圓代替，其影響直徑為d

梅花形布置時：

正方形布置時：

式中L為砂井的間距

3 袋裝砂井的設計參數

3.1此公路的軟基處理設計主要為袋裝砂井+超載預壓，見下圖所示：

3.2砂井施工工藝

3.2.1工藝流程

清表整平原地面→填筑土50-80cm→壓實（壓實度不小于85%）→填中粗砂20cm→砂井位放樣→砂井機定位→打入套管→沉入砂袋→拔出套管→機具移位→鋪砂10cm→鋪土工格柵→填中粗砂30cm

3.2.2 施工要點：

砂井排水固結預壓法的最終要達到的目的有兩點：a.以減少沉降為目的；b.以提高地基承載力與穩定性為目的；兩者的要求雖然不同，但其原理及基本內容都是一致的。在砂井的施工過程中應考慮井阻（由于井料的滲透系數等原理的影響產生）和涂抹區（由于施工時對土的擾動改變原土的孔隙比的影響產生）的影響，盡量減少井阻與涂抹區讓砂井達到最佳的排水固結狀態，以下分類說明：a.井阻的減少：嚴格控制袋裝砂井的原材料控制，砂井袋要求具有良好的透水性，裝砂后砂袋的滲透系數應不小于砂的滲透系數，良好的耐水性，韌性好及抗拉強度能保證承受砂袋自重，其物理力學指標符合規范要求；對砂盡量采用滲水率高的潔凈中粗砂；b.涂抹區影響的減少：決定涂抹區影響大小的主要有三大因素：砂井的間距，砂井的深度，砂井的施工方法。砂井的間距及打入深度是影響砂井地基固結效果的重要因素，在實際施工中砂井的間距并非越小越好，間距過小，打得密，在施工過程中相互擠壓，擾動地基，增大涂抹層的厚度，反而減低固結效果。袋裝砂井的間距宜在1.0-2.0m范圍內選擇，因此施工中要適當控制砂井的間距，盡量做到設計值。

砂井的深度主要根據土層的分布、地基中附加應力大小、施工期限和條件及地基穩定性等因素確定，在實際試樁確定砂井長度時應把握以下幾點：a.當軟土層不厚，低部有透水層時，砂井應盡可能穿透軟土層；b.當深厚的壓縮土層間有砂層或砂透鏡體時，砂井應盡可能打至砂層；c.對于無砂層的深厚地基，則可根據其穩定性及構造物在地基中造成的附加應力與自重應力之比確定；施工方法：由于施工過程中不可避免的要對土產生擾動，采用性能好的機械以盡量減少對土的擾動，這里不再詳述；

4 堆載預壓施工工藝

4.1工藝流程：采用路基自重及超載土方進行堆載預壓，填筑過程如同普通路基填筑，在此不再累述。

4.2施工要點：a.路基寬度要預留沉降及超載預壓土方的寬度，不可過小，以免路基穩定后產生路基寬度不足現象；b.嚴格控制填土速率，分期進行填筑，以保證在堆載過程中路基的穩定性，同時避免部分路基堆載過高而引起地基的局部破壞，如開裂等；一般路基中心沉降小于10mm/晝夜，側向位移小于5mm/晝夜，路基基本是穩定的，可繼續填筑；c.對超軟粘性土地基，填筑過程應更加嚴格控制填土速率，以避免對土的擾動和破壞，增大涂抹區而減低排水固結的效果。

5固結排水效果

根據沉降觀測資料，加載與沉降可以用下圖表示：

等載預壓填筑完成后三個月，該合同段的路基沉降量在20-80cm，沉降效果與預期基本相符，在填筑完成后6個月，路基沉降基本穩定，沉降速率小于1mm/d，滿足設計要求。

6結論與建議

6.1從上述沉降計算分析及工程實例可以看出，薄層軟土路基是否要采取砂井處理主要是看其排水特性及軟土的厚度，對于小于3.0 m的軟土層，當軟土固結系數大于1.0×10-3cm2/s時，采取“土工格柵+等載預壓”較為合理，若上覆硬殼層較厚時，可直接采用“等載預壓”。

6.2路基施工填筑時，應在保證穩定的前提下，加快進度，爭取較長的預壓時間，確保預壓期不低于6個月。并選擇典型觀測斷面進行沉降觀測，根據沉降觀測資料，調整預壓高度，降低工后沉降。

6.3薄層軟土路基處理問題在全國都是較為普遍存在的，選擇最優處理措施對降低高速公路建設成本意義重大。

參考文獻

[1]建筑地基處理技術規范（JGJ79-2002） 北京：中國建筑工業出版社

[2]土力學與環境力學上海：同濟大學出版社

[3]軟土地基理論與實踐.北京：中國建筑工業出版社